Python統(tǒng)計可視化之Altair探索分析實踐指南（全彩）

第1 篇 入門
第1 章 Altair 的環(huán)境配置 ． 4
1．1 Altair 的安裝 ． 4
1．2 前端渲染工具的安裝和啟動方法 ． 5
1．2．1 Jupyter Notebook 的安裝和啟動方法 5
1．2．2 JupyterLab 的安裝和啟動方法 5
1．3 vega_datasets 的使用 6
1．4 JSON 簡介 ． 9
1．4．1 JSON 語法規(guī)則． 9
1．4．2 在Altair 中使用JSON ． 10
1．5 Pandas 的數(shù)據(jù)框（DataFrame）對象的使用方法 ．12
1．5．1 使用字典創(chuàng)建DataFrame 的方法 12
1．5．2 DataFrame 的操作方法 13
1．5．3 缺失值的操作方法 ． 15
1．5．4 條件查詢的操作方法 ． 22
1．6 數(shù)據(jù)加工器 ． 27
第2 章 Altair 的圖形語法 ． 30
2．1 圖形語法簡介 ． 30
2．1．1 圖形語法的原理 ． 31
2．1．2 圖形的視覺對象的組合原則 ． 33
2．1．3 Altair 圖形系統(tǒng)的組成模塊 ． 40
2．2 聲明式統(tǒng)計可視化的意義和優(yōu)勢 ． 43
2．3 Altair 的語法規(guī)則 ． 46
2．3．1 Altair 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ． 46
2．3．2 Altair 的基本對象 ． 48
2．3．3 Altair 的展示方法 ． 56
2．3．4 Altair 的存儲方法 ． 59
第2 篇 進階
第3 章 認識數(shù)據(jù) 65
3．1 名義型變量和數(shù)量型變量組合的經(jīng)典圖形 66
3．1．1 柱形圖 ． 66
3．1．2 條形圖 ． 67
3．1．3 條形碼圖 ． 67
3．2 時間型變量和數(shù)量型變量組合的經(jīng)典圖形 68
3．2．1 折線圖 ． 68
3．2．2 動手實踐：調(diào)整折線圖的刻度標(biāo)簽 ． 70
3．2．3 次序型變量（時間變量離散化）和數(shù)量型變量組合：柱形圖 72
3．2．4 動手實踐：面積圖 ． 74
3．2．5 動手實踐：階梯圖 ． 76
3．2．6 練習(xí)：比較不同年份7 月的日降雨量 ． 78
3．2．7 動手實踐：分類匯總天氣類型的頻數(shù)分布 ． 78
3．2．8 練習(xí)：總結(jié)分類匯總天氣類型頻數(shù)分布的實現(xiàn)方法 81
3．2．9 斜率圖 ． 81
3．2．10 數(shù)據(jù)集類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式 ． 82
3．3 時間型變量和名義型變量的組合：甘特圖 85
3．4 數(shù)量型變量和數(shù)量型變量組合的經(jīng)典圖形 87
3．4．1 散點圖 ． 87
3．4．2 動手實踐：氣泡圖 ． 89
3．4．3 動手實踐：缺失值的可視化識別方法 ． 90
3．4．4 直方圖 ． 91
3．4．5 熱力圖 ． 94
3．4．6 變量類型對顏色標(biāo)尺的作用 ． 96
3．4．7 動手實踐：展示不同時間的最高氣溫的分布情況 96
3．4．8 動手實踐：展示文本注釋與顏色的映射關(guān)系 ． 99
第4 章 理解數(shù)據(jù) 105
4．1 使用子區(qū)通道分區(qū)理解數(shù)據(jù) 105
4．1．1 比較不同地區(qū)的汽車馬力分布情況 ． 106
4．1．2 動手實踐：分區(qū)展示不同年份的每月平均降雨量 108
4．1．3 練習(xí)：繪制不同月份的年平均降雨量時間序列圖 109
4．2 使用分層圖形綜合理解數(shù)據(jù) 110
4．2．1 使用描述統(tǒng)計量刻畫變量取值的分布偏斜方向和程度 111
4．2．2 練習(xí)：繪制風(fēng)速的均值、最大值和最小值的趨勢變化曲線 ． 115
4．3 通過連接圖形全面理解數(shù)據(jù) 115
4．3．1 散點圖連接直方圖了解更多的變量信息 116
4．3．2 練習(xí)：散點圖連接水平直方圖和垂直直方圖，分別刻畫降雨量和
風(fēng)速的頻數(shù)分布 118
4．4 使用變量矩陣分區(qū)理解數(shù)據(jù) 119
第5 章 探索數(shù)據(jù) 123
5．1 讓鼠標(biāo)光標(biāo)停留在標(biāo)記上出現(xiàn)變量取值提示 123
5．1．1 實現(xiàn)方法 ． 123
5．1．2 練習(xí)：時間序列圖的時間型變量和數(shù)量型變量的提示文本 125
5．2 點擊鼠標(biāo)和拖曳鼠標(biāo)實現(xiàn)圖形區(qū)域選擇 127
5．2．1 實現(xiàn)方法 ． 127
5．2．2 動手實踐：動態(tài)選定時間區(qū)間的時間序列面積圖 132
5．3 點擊鼠標(biāo)實現(xiàn)標(biāo)記選擇 ． 137
5．3．1 實現(xiàn)方法 ． 137
5．3．2 動手實踐：滑動鼠標(biāo)實現(xiàn)標(biāo)記選擇 ． 139
5．4 點擊鼠標(biāo)實現(xiàn)圖形區(qū)域選擇 140
5．4．1 實現(xiàn)方法 ． 140
5．4．2 動手實踐：滑動鼠標(biāo)實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 ． 142
5．4．3 練習(xí)：鼠標(biāo)光標(biāo)懸停在注釋文本上交互顯示標(biāo)記 143
5．4．4 動手實踐：缺失值的可視化識別方法2 144
5．5 元素交互實現(xiàn)圖形區(qū)域選擇 147
5．5．1 點選下拉列表實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 ． 148
5．5．2 練習(xí)：使用條件查詢過濾數(shù)據(jù)記錄，實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 150
5．5．3 使用單選按鈕實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 ． 151
5．5．4 動手實踐：使用連接圖形以圖形聯(lián)動方式實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 ． 152
5．5．5 練習(xí)：點選圖例的標(biāo)記符號實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 155
5．5．6 拖動滑塊實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 ． 155
第3 篇 實踐
第6 章 應(yīng)用數(shù)據(jù) 161
6．1 滑珠圖 ．161
6．1．1 比較不同國家人群的預(yù)期壽命的變化情況 ． 161
6．1．2 動手實踐：使用網(wǎng)格線表示滑竿的滑珠圖 ． 163
6．1．3 練習(xí)：描繪數(shù)量波動的總體趨勢――棒棒糖圖 166
6．2 連線散點圖 ．168
6．2．1 探索不同年份的數(shù)量變化 ． 168
6．2．2 動手實踐：使用文本注釋使連線散點圖成為時間故事線 ． 172
6．3 箱線圖 ． 173
6．3．1 探索不同天氣類型的風(fēng)速分布特征和分布形態(tài) 174
6．3．2 動手實踐：垂直連接分區(qū)直方圖補充箱線圖的分布特征 176
6．3．3 水平連接分區(qū)直方圖補充箱線圖的分布特征 ． 178
6．3．4 核密度估計加工器 ． 179
6．3．5 動手實踐：通過比較均值和眾數(shù)的大小分析概率密度曲線的
偏斜方向和程度 ． 181
6．3．6 數(shù)據(jù)離散加工器 ． 181
6．3．7 數(shù)據(jù)匯總連接加工器 ． 185
6．3．8 動手實踐：計算小雨天氣的出現(xiàn)天數(shù) ． 188
6．3．9 練習(xí)：按照月份統(tǒng)計不同降雨量類型出現(xiàn)的天數(shù) 190
6．4 探索數(shù)據(jù)的累積匯總和秩的排序及滯后變換――窗口變換加工器 ．191
6．4．1 窗口變換加工器的應(yīng)用 ． 191
6．4．2 動手實踐：累積求和的柱形圖 ． 193
6．4．3 指數(shù)圖 ． 195
6．4．4 動手實踐：秩的排序 ． 198
6．4．5 凹凸圖 ． 201
6．4．6 動手實踐：滯后等值和領(lǐng)先等值 ． 206
6．4．7 瀑布圖 ． 209
6．4．8 練習(xí)：銷售量的相對變化量 ． 214
6．5 分散型堆積條形圖系列 ． 215
6．5．1 分散型堆積條形圖 ． 215
6．5．2 漏斗圖 ． 217
6．5．3 動手實踐：離散化的顏色標(biāo)尺 ． 221
6．5．4 旋風(fēng)圖 ． 224
6．5．4 動手實踐：堆積條形圖的分層圖形――子彈頭圖 227
6．5．5 練習(xí)：將堆積條形圖變成分層條形圖――溫度計圖 230
6．6 堆積柱形圖系列 231
6．6．1 堆積柱形圖 ． 231
6．6．2 堆積百分比柱形圖 ． 235
6．7 面積圖系列 ． 236
6．7．1 堆積百分比面積圖 ． 236
6．7．2 量化波形圖 ． 237
6．8 置信區(qū)間的應(yīng)用 239
6．8．1 置信區(qū)間 ． 239
6．8．2 誤差棒圖 ． 241
6．8．3 動手實踐：樣本容量對樣本標(biāo)準(zhǔn)差和樣本均值的標(biāo)準(zhǔn)誤的影響 ． 245
第7 章 案例研究 248
7．1 不同數(shù)量級和單位變量關(guān)系的探索分析 248
7．1．1 使用平行坐標(biāo)圖分析數(shù)量型變量的相關(guān)關(guān)系 ． 249
7．1．2 使用矩陣散點圖分析連續(xù)型變量的相關(guān)關(guān)系 ． 251
7．1．3 建立馬力和重量的一元線性回歸模型 ． 252
7．1．4 練習(xí)：建立生產(chǎn)年份和重量的置信帶與回歸直線 265
7．1．5 動手實踐：建立關(guān)于生產(chǎn)年份的重量分布脊線圖 266
7．1．6 動手實踐：建立馬力和單位里程數(shù)的非線性回歸模型 ． 268
7．2 金融時間序列數(shù)據(jù)的探索分析 ． 270
7．2．1 5 只股票的價格波動探索分析 271
7．2．2 5 只股票的頻數(shù)分布探索分析 274
7．2．3 比較不同股票的價格走勢圖 ． 275
7．2．4 股票收益率的迷你折線圖 ． 277
7．2．5 股票波動率的迷你柱形圖 ． 278
7．2．6 繪制股票收盤價的移動平均線 ． 281
7．2．7 繪制股票的K 線圖（蠟燭圖） 283
7．2．8 動手實踐：繪制移動平均線和K 線圖的分層圖形 ． 285
7．2．9 練習(xí)：使用柱線圖（棒形圖）代替K 線圖 ． 289
7．3 自然語言處理的可視化模型的構(gòu)建和應(yīng)用 ． 289
7．3．1 讀取文本數(shù)據(jù) ． 290
7．3．2 存儲單詞和字母的頻數(shù)分布 ． 292
7．3．3 使用條形圖分析字母的頻數(shù) ． 293
7．3．4 使用條形圖分析高頻詞 ． 295
7．3．5 使用詞云圖分析段落詞語的運用特點 ． 296
7．4 反映統(tǒng)計數(shù)字的象形圖 ． 299
7．5 可視化模型框架的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程與模型存儲和渲染方法 303
7．5．1 使用Pandas 的實例方法to_json()和Altair 的函數(shù)to_values()
完成數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn) ． 304
7．5．2 使用Altair 的函數(shù)to_json()和函數(shù)to_values()完成數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn) 305
7．5．3 可視化模型的存儲和渲染方法 ． 305
7．6 調(diào)整坐標(biāo)軸的量尺類型的實現(xiàn)方法和應(yīng)用場景 ． 306
7．6．1 選擇合適的坐標(biāo)軸量尺類型 ． 306
7．6．2 使用氣泡圖描繪3 個數(shù)量型變量的數(shù)量關(guān)系 ． 307
7．6．3 動手實踐：按照年份查看人均收入、壽命和人口數(shù)量的
動態(tài)變化關(guān)系 ． 309
7．6．4 使用連續(xù)型量尺離散化的方法轉(zhuǎn)換變量類型 ． 312
7．7 使用波形圖和頻譜圖分析音頻文件 ． 314
7．7．1 使用波形圖分析音頻文件的聲音變化 ． 314
7．7．2 使用頻譜圖分析音頻文件的頻率變化 ． 315
7．7．3 練習(xí)：使用儀表盤分析音頻文件的元數(shù)據(jù) ． 317
7．8 視覺圖像的大塊數(shù)據(jù)文件處理和統(tǒng)計可視化 318
第4 篇 拓展
第8 章 探索分析輔助工具 ． 327
8．1 包sviewgui 的使用方法 ． 327
8．1．1 sviewgui 加載數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)的方法 328
8．1．2 CSV 文件的GUI 具體功能和使用方法 ． 329
8．1．3 數(shù)據(jù)框?qū)ο蟮腉UI 具體功能和使用方法 331
8．2 數(shù)據(jù)框?qū)ο蠼y(tǒng)計可視化的實現(xiàn)方法 ． 334
8．2．1 折線圖 ． 334
8．2．2 核密度估計圖 ． 336
8．2．3 直方圖 ． 338
8．2．4 散點圖 ． 340
8．2．5 六邊形網(wǎng)格圖 ． 341
8．2．6 箱線圖 ． 341
第9 章 顏色的使用方法和屬性配置的作用域 ． 343
9．1 顏色方案的設(shè)置方法 343
9．2 動手實踐：使用顏色方案accent 設(shè)置標(biāo)記屬性通道color 的
配色模式 346
9．3 變量與顏色的映射關(guān)系的設(shè)置方法 ． 347
9．4 原始顏色編碼數(shù)據(jù)的設(shè)置方法 ． 348
9．5 屬性配置的作用域 ． 349
附錄A 本書練習(xí)詳解 ． 352
3．2．6 練習(xí)：比較不同年份7 月的日降雨量 ． 352
3．2．8 練習(xí)：總結(jié)分類匯總天氣類型頻數(shù)分布的實現(xiàn)方法 354
4．1．3 練習(xí)：繪制不同月份的年平均降雨量時間序列圖 355
4．2．2 練習(xí)：繪制風(fēng)速的均值、最大值和最小值的趨勢變化曲線 356
4．3．2 練習(xí)：散點圖連接水平直方圖和垂直直方圖，分別刻畫降雨量和
風(fēng)速的頻數(shù)分布 ． 358
5．1．2 練習(xí)：時間序列圖的時間型變量和數(shù)量型變量的提示文本 359
5．4．3 練習(xí)：鼠標(biāo)光標(biāo)懸停在注釋文本上交互顯示標(biāo)記 360
5．5．2 練習(xí)：使用條件查詢過濾數(shù)據(jù)記錄，實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 362
5．5．5 練習(xí)：點選圖例的標(biāo)記符號實現(xiàn)圖形區(qū)域的選擇 364
6．1．3 練習(xí)：描繪數(shù)量波動的總體趨勢――棒棒糖圖 365
6．3．9 練習(xí)：按照月份統(tǒng)計不同降雨量類型出現(xiàn)的天數(shù) 367
6．4．8 練習(xí)：銷售量的相對變化量 ． 369
6．5．5 練習(xí)：將堆積條形圖變成分層條形圖――溫度計圖 370
7．1．4 練習(xí)：建立生產(chǎn)年份和重量的置信帶與回歸直線 373
7．2．9 練習(xí)：使用柱線圖（棒形圖）代替K 線圖 ． 374
參考文獻 376